Excitación de oscilaciones de resonadores y guías de onda ULF, ELF y VLF en el sistema Tierra-Atmósfera-Ionosfera por fuentes de corriente de rayos conectadas con la erupción del volcán Hunga Tonga
Autores: Rapoport, Yuriy G.; Grimalsky, Volodymyr V.; Krankowski, Andrzej; Grytsai, Asen; Petrishchevskii, Sergei S.; Baszkiewicz, Leszek; Chen, Chieh-Hung
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Excitación de oscilaciones de resonadores y guías de onda ULF, ELF y VLF en el sistema Tierra-Atmósfera-Ionosfera por fuentes de corriente de rayos conectadas con la erupción del volcán Hunga Tonga
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Simulaciones
Corrientes de rayo
Espectro de frecuencia
ULF
ELF
VLF
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 10
Citaciones: Sin citaciones
Las simulaciones presentadas aquí se basan en los datos observacionales de las corrientes eléctricas de rayos asociadas con la erupción del volcán Hunga Tonga en enero de 2022. Se investiga teóricamente la respuesta del sistema litósfera (Tierra)-atmósfera-ionosfera-magnetosfera a corrientes de rayos sin precedentes a bajas frecuencias, incluyendo las frecuencias de ultra baja frecuencia (ULF), extremadamente baja frecuencia (ELF) y muy baja frecuencia (VLF). La fuente de corriente eléctrica debido a los rayos cerca de la ubicación de la erupción del volcán Hunga Tonga tiene un espectro de frecuencia de banda ancha determinado en este documento basado en un enfoque impulsado por datos. El espectro es monótono en el rango VLF pero tiene muchos detalles significativos en las frecuencias más bajas (ULF, ELF). La tendencia de disminución de la amplitud se mantiene a frecuencias que superan 0.1 Hz. La densidad de corriente eléctrica efectiva en el rango ULF alcanza un valor del orden de 10 A/m. Se ha desarrollado un método dinámico/cuasi-estacionario combinado para simular la penetración ULF a través del sistema litósfera (Tierra)-atmósfera-ionosfera-magnetosfera. Este método es adecuado para el rango ULF hasta 10 Hz. El campo electromagnético se determina a partir de la dinámica en la ionosfera y de un enfoque cuasi-estacionario en la atmósfera, considerando no solo el componente eléctrico sino también el magnético. Se ha desarrollado un método analítico/numerical para investigar la excitación del resonador Schumann global y los modos propios de los resonadores Schumann acoplados y Alfvén ionosféricos en el rango ELF y los modos propios de la guía de ondas Tierra-ionosfera en el rango VLF. Se deriva una ecuación de dispersión compleja para las perturbaciones correspondientes. Se muestra que las oscilaciones en la primera frecuencia de resonancia en el resonador Schumann pueden causar simultáneamente una excitación notable del resonador Alfvén ionosférico local, cuyos parámetros dependen del ángulo entre el campo geomagnético y la dirección vertical. La propagación VLF es posible a distancias de 3000-10,000 km en la guía de ondas Tierra-ionosfera. Los resultados de las simulaciones se comparan con los datos experimentales publicados.
Descripción
Las simulaciones presentadas aquí se basan en los datos observacionales de las corrientes eléctricas de rayos asociadas con la erupción del volcán Hunga Tonga en enero de 2022. Se investiga teóricamente la respuesta del sistema litósfera (Tierra)-atmósfera-ionosfera-magnetosfera a corrientes de rayos sin precedentes a bajas frecuencias, incluyendo las frecuencias de ultra baja frecuencia (ULF), extremadamente baja frecuencia (ELF) y muy baja frecuencia (VLF). La fuente de corriente eléctrica debido a los rayos cerca de la ubicación de la erupción del volcán Hunga Tonga tiene un espectro de frecuencia de banda ancha determinado en este documento basado en un enfoque impulsado por datos. El espectro es monótono en el rango VLF pero tiene muchos detalles significativos en las frecuencias más bajas (ULF, ELF). La tendencia de disminución de la amplitud se mantiene a frecuencias que superan 0.1 Hz. La densidad de corriente eléctrica efectiva en el rango ULF alcanza un valor del orden de 10 A/m. Se ha desarrollado un método dinámico/cuasi-estacionario combinado para simular la penetración ULF a través del sistema litósfera (Tierra)-atmósfera-ionosfera-magnetosfera. Este método es adecuado para el rango ULF hasta 10 Hz. El campo electromagnético se determina a partir de la dinámica en la ionosfera y de un enfoque cuasi-estacionario en la atmósfera, considerando no solo el componente eléctrico sino también el magnético. Se ha desarrollado un método analítico/numerical para investigar la excitación del resonador Schumann global y los modos propios de los resonadores Schumann acoplados y Alfvén ionosféricos en el rango ELF y los modos propios de la guía de ondas Tierra-ionosfera en el rango VLF. Se deriva una ecuación de dispersión compleja para las perturbaciones correspondientes. Se muestra que las oscilaciones en la primera frecuencia de resonancia en el resonador Schumann pueden causar simultáneamente una excitación notable del resonador Alfvén ionosférico local, cuyos parámetros dependen del ángulo entre el campo geomagnético y la dirección vertical. La propagación VLF es posible a distancias de 3000-10,000 km en la guía de ondas Tierra-ionosfera. Los resultados de las simulaciones se comparan con los datos experimentales publicados.